PLC与模糊PID技术在恒压供水中的应用

摘要

随着城市化的大力推进和人们对住房要求的提高，高层楼房的需求量将会呈现出攀升的趋势，高层楼房带来的问题也越来越多，高层供水就是一个突出问题。传统的供水方式都存在效率偏低、稳定性差、能耗和浪费较大的问题，而高层供水则必须要求系统具有较好的稳定性和节能性。所以为了更好的解决高层供水问题，本文设计了一套基于PLC和模糊PID技术的恒压供水系统。本系统利用了先进的模糊控制技术、变频控制技术和电气控制技术，加强了恒压供水系统的智能性和高效性，使恒压供水系统能够完全胜任高层供水的任务。
　　由于恒压供水系统具有滞后性、大惯性和干扰因素多的特点，传统的变频调速不能满足水泵运行的所有工况，所以必须采用具有自适应能力的算法。本系统采用模糊PID算法，该算法同时具有PID算法与模糊算法的优点，可以适应水泵运行的各种工况，能够满足高层楼房对恒压供水系统的要求。本系统运用MATLAB软件和Simulink软件包对模糊PID控制器进行辅助设计，第一步确定系统的输入输出变量，并将其模糊化；第二步确定恒压供水系统的模糊规则，模糊规则是利用设计者的知识和经验设计的；第三步进行模糊输出变量的去模糊化。利用MATLAB软件完成模糊PID控制器之后，选择合适的供水模型就可以实现对恒压供水系统的仿真。通过仿真曲线来比较模糊PID算法和传统PID算法，参数对比之后会得出模糊PID算法的动态特性、静态特性和鲁棒性更好。
　　本系统硬件结构主要包括S7-200PLC、MM430变频器、水泵电机和传感器，系统的主要工作过程为：压力传感器采集管网水压信号送入PLC，在PLC的CPU进行处理之后把模拟量信号送入变频器，变频器根据PLC送入的模拟量电压来调节自身频率的大小，进一步来调节电动机的速度。程序设计主要分为自动运行控制和手动运行控制两个部分，系统根据是否存在故障这一实际运行状况来判断是采用自动运行控制还是手动运行控制。模糊PID控制器的应用，使恒压供水系统的自适应能力增强，使变频器和水泵电机高效的工作。本系统的管网水压波动小，大大减少了电能的浪费，并且降低了设备故障的概率，达到了高层供水的要求，能满足居民对日常生活用水的需要。

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第1章 绪论

1.1 变频恒压供水系统研究的背景和意义

1.2 恒压供水系统中变频调速技术的发展

1.3 恒压供水系统中PLC技术概述

1.4 本文主要的研究内容

第2章 恒压供水系统总体方案

2.1 恒压供水系统要求

2.2 恒压供水系统的结构组成

2.3 恒压供水系统工作原理

2.4 恒压供水系统I/O地址分配

第3章 恒压供水系统的硬件选型与电路设计

3.1 PLC的选择与抗干扰措施

3.2 水泵和压力传感器的选择

3.3 变频器的选择

3.4 恒压供水系统电路设计

第4章 模糊PID控制器的研究

4.1 模糊控制简介

4.2 模糊控制技术理论基础

4.3 基于PID的模糊控制器设计

第5章 恒压供水系统的MATLAB仿真

5.1 MATLAB软件和Simulink概述

5.2 利用MATLAB设计模糊PID控制器

5.3 恒压供水系统的仿真研究

第6章 恒压供水系统程序设计

6.1 流程图设计

6.2 PLC寄存器地址的分配

6.3 主程序设计

6.4 系统初始化程序设计

6.5 水位监控程序设计

6.6 模糊PID程序设计

6.7 水泵控制方式程序设计

6.8 手动控制程序设计

第7章 总结与展望

附录

参考文献

致谢